La propulsión independiente del aire ( AIP ) es cualquier tecnología de propulsión marina que permite que un submarino no nuclear opere sin acceso al oxígeno atmosférico (por superficie o utilizando un tubo respirador ). AIP puede aumentar o reemplazar el sistema de propulsión diesel-eléctrico de los buques no nucleares.
El término correcto es Air Independent Power, no Propulsión, ya que los diversos dispositivos AIP no impulsan al submarino.
La Marina de los Estados Unidos utiliza el símbolo de clasificación de casco "SSP" para designar embarcaciones con motor de AIP, mientras retiene "SSK" para los clásicos submarinos de ataque diesel-eléctricos . [un]
Los submarinos modernos no nucleares son potencialmente más sigilosos que los submarinos nucleares ; El reactor de una nave nuclear debe bombear constantemente refrigerante, generando una cierta cantidad de ruido detectable (ver firma acústica ). Los submarinos no nucleares que funcionan con batería o AIP, por otro lado, pueden ser prácticamente silenciosos. Si bien los diseños de propulsión nuclear aún dominan en los tiempos de inmersión y el rendimiento en el océano profundo, los pequeños submarinos de ataque no nucleares de alta tecnología son altamente efectivos en las operaciones costeras y representan una amenaza significativa para los submarinos nucleares menos sigilosos y menos maniobrables. [1]
AIP generalmente se implementa como una fuente auxiliar, con el motor diesel tradicional que maneja la propulsión de superficie. La mayoría de estos sistemas generan electricidad que a su vez impulsa un motor eléctrico para propulsión o recarga las baterías del barco . El sistema eléctrico del submarino también se utiliza para proporcionar "servicios de hotel": ventilación, iluminación, calefacción, etc., aunque esto consume una pequeña cantidad de energía en comparación con la requerida para la propulsión.
AIP se puede adaptar a los cascos submarinos existentes insertando una sección de casco adicional. AIP normalmente no proporciona la resistencia o la potencia para reemplazar la propulsión dependiente de la atmósfera, pero permite una inmersión más larga que un submarino propulsado convencionalmente. Una planta de energía convencional típica proporciona un máximo de 3 megavatios , y una fuente de AIP alrededor del 10% de eso. La planta de propulsión de un submarino nuclear suele ser mucho mayor que 20 megavatios.
Historia [ editar ]
En el desarrollo del submarino, el problema de encontrar formas satisfactorias de propulsión bajo el agua ha sido persistente. Los primeros submarinos fueron propulsados por hombres con hélices de manivela, que rápidamente agotaron el aire en el interior; Estos recipientes tuvieron que moverse durante la mayor parte del tiempo en la superficie con escotillas abiertas, o usar algún tipo de tubo de respiración, ambos inherentemente peligrosos y que resultaron en una serie de accidentes tempranos. Más tarde, los buques de accionamiento mecánico utilizaron aire comprimido o vapor, o electricidad, que tuvo que recargarse desde tierra o desde un motor aeróbico a bordo.
El primer intento de un combustible que se quemara anaeróbicamente fue en 1867, cuando Narciso Monturiol desarrolló con éxito una máquina de vapor anaeróbica o independiente del aire de propulsión química. [2] [3]
En 1908, la Armada Imperial Rusa lanzó el submarino Pochtovy, que utilizaba un motor de gasolina alimentado con aire comprimido y agotado bajo el agua.
Estos dos enfoques, el uso de un combustible que proporciona energía a un sistema de ciclo abierto y el suministro de oxígeno a un motor aeróbico en un ciclo cerrado, caracterizan a AIP hoy.
Tipos [ editar ]
Sistemas de ciclo abierto [ editar ]
Durante la Segunda Guerra Mundial, la firma alemana Walter experimentó con submarinos que usaban peróxido de hidrógeno concentrado como fuente de oxígeno bajo el agua. Estos utilizaron turbinas de vapor , empleando vapor calentado al quemar combustible diesel en la atmósfera de vapor / oxígeno creado por la descomposición del peróxido de hidrógeno por un catalizador de permanganato de potasio .
Se produjeron varios barcos experimentales, aunque el trabajo no se convirtió en ningún barco de combate viable. Un inconveniente fue la inestabilidad y la escasez del combustible involucrado. Otra fue que, si bien el sistema producía altas velocidades bajo el agua, era extravagante con combustible; El primer barco, el V-80 , requirió 28 toneladas de combustible para recorrer 50 millas náuticas, y los diseños finales fueron un poco mejores.
Después de la guerra, un barco tipo XVII, U-1407 , que se había hundido al final de la Segunda Guerra Mundial , fue rescatado y puesto en servicio en la Royal Navy como meteorito HMS . Los británicos construyeron dos modelos mejorados a fines de la década de 1950, HMS Explorer y HMS Excalibur . El meteorito no era popular entre sus tripulaciones, que lo consideraban peligroso y volátil; ella fue descrita oficialmente como 75% segura. [ cita requerida ] La reputación de Excalibur y Explorerfueron un poco mejor; los barcos fueron apodados Excruciater y Exploder. [ cita requerida ]
La Unión Soviética también experimentó con la tecnología y se construyó un barco experimental que utilizaba peróxido de hidrógeno en un motor Walter .
Estados Unidos también recibió un bote Tipo XVII, U-1406 , y luego usó peróxido de hidrógeno en un submarino experimental enano , X-1 . Originalmente funcionaba con un motor de peróxido de hidrógeno / diesel y un sistema de batería hasta una explosión de su suministro de peróxido de hidrógeno el 20 de mayo de 1957. X-1 luego se convirtió en un diesel-eléctrico. [4]
La URSS, el Reino Unido y los EE. UU., Los únicos países que se sabe que están experimentando con la tecnología en ese momento, la abandonaron cuando este último desarrolló un reactor nuclear lo suficientemente pequeño como para propulsión submarina. Otras naciones, incluidas Alemania y Suecia, volverían a comenzar el desarrollo de AIP.
Los británicos y la Unión Soviética lo retuvieron para propulsar torpedos , aunque los primeros lo abandonaron rápidamente después de la tragedia del HMS Sidon . Tanto esto como la pérdida del submarino ruso Kursk se debieron a accidentes que involucraron torpedos propulsados por peróxido de hidrógeno.
Motores diesel de ciclo cerrado [ editar ]
Esta tecnología utiliza un motor diesel submarino que se puede operar convencionalmente en la superficie, pero que también se puede proporcionar con oxidante , generalmente almacenado como oxígeno líquido , cuando está sumergido. Como el metal de un motor se quemará en oxígeno puro, el oxígeno generalmente se diluye con gases de escape reciclados . El argón reemplaza los gases de escape cuando se arranca el motor.
A fines de la década de 1930, la Unión Soviética experimentó con motores de ciclo cerrado, y se construyeron varios buques pequeños de clase M utilizando el sistema REDO , pero ninguno se completó antes de la invasión alemana en 1941.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la Kriegsmarine experimentó con dicho sistema como una alternativa al sistema de peróxido de Walter, diseñando variantes de su submarino Tipo XVII y su submarino enano Seehund Tipo XXVIIB , el Tipo XVIIK y el Tipo XXVIIK respectivamente, aunque ninguno de ellos se completó antes El fin de la guerra.
Después de la guerra, la URSS desarrolló el pequeño submarino de clase Quebec de 650 toneladas , de los cuales treinta fueron construidos entre 1953 y 1956. Estos tenían tres motores diesel: dos eran convencionales y uno de ciclo cerrado con oxígeno líquido.
En el sistema soviético, llamado "sistema de propulsión única", se agregó oxígeno después de que los gases de escape se filtraron a través de un absorbente químico a base de cal. El submarino también podría hacer funcionar su diésel utilizando un tubo respirador. El Quebec tenía tres ejes de transmisión : un diésel de 32D 900 CV (670 kW) en el eje central y dos motores diesel M-50P de 700 CV (520 kW) en los ejes exteriores. Además, un motor de "arrastre" de 100 hp (75 kW) estaba acoplado al eje central. El bote podría correr a baja velocidad utilizando únicamente el diésel central. [5]
Debido a que el oxígeno líquido no puede almacenarse indefinidamente, estas embarcaciones no podrían operar lejos de una base. Fue peligroso; Al menos siete submarinos sufrieron explosiones, y uno de ellos, el M-256 , se hundió tras una explosión y un incendio. A veces fueron apodados encendedores de cigarrillos. [6] El último submarino que utilizó esta tecnología fue desechado a principios de la década de 1970.
El antiguo submarino Tipo 205 U-1 de la Armada alemana estaba equipado con una unidad experimental de 3.000 hp (2.200 kW).
Turbinas de vapor de ciclo cerrado [ editar ]
El astillero francés DCNS ofrece el sistema francés MESMA (Módulo de Energía Autónoma Sous-Marino). Mesma está disponible para la Agosta 90B y Scorpène submarinos -class . Es esencialmente una versión modificada de su sistema de propulsión nuclear con calor generado por etanol y oxígeno. Específicamente, una central eléctrica convencional de turbina de vapor funciona con vapor generado por la combustión de etanol y oxígeno almacenado a una presión de 60 atmósferas . Este disparo a presión permite que el dióxido de carbono de escape se expulse por la borda a cualquier profundidad sin un compresor de escape.
Cada sistema MESMA cuesta alrededor de $ 50–60 millones. Tal como está instalado en el Scorpène s, requiere agregar una sección de casco de 8,3 metros (27 pies) y 305 toneladas al submarino, y da como resultado un submarino capaz de operar durante más de 21 días bajo el agua, dependiendo de variables como la velocidad. [7] [8]
Un artículo de la revista Undersea Warfare Magazine señala que: "aunque MESMA puede proporcionar una mayor potencia de salida que las otras alternativas, su eficiencia inherente es la más baja de los cuatro candidatos AIP, y su tasa de consumo de oxígeno es correspondientemente más alta". [8]
Motores de ciclo Stirling [ editar ]
El constructor naval sueco Kockums construyó tres submarinos de clase Gotland para la Armada sueca que están equipados con un motor auxiliar Stirling que quema oxígeno líquido y combustible diesel para impulsar generadores eléctricos de 75 kilovatios para propulsión o carga de baterías. La resistencia de los barcos de 1.500 toneladas es de alrededor de 14 días a 5 nudos (5,8 mph; 9,3 km / h).
Kockums también ha restaurado / actualizado los submarinos suecos de clase Västergötland con una sección de plugin Stirling AIP. Dos ( Södermanland y Östergötland ) están en servicio en Suecia como Södermanland clase , y los otros dos están en servicio en Singapur como el arquero de clase ( Archer y espadachín ).
Kockums también entregó motores Stirling a Japón. Todos los nuevos submarinos japoneses estarán equipados con motores Stirling. El primer submarino de la clase, Sōryū , se lanzó el 5 de diciembre de 2007 y se entregó a la marina en marzo de 2009.
El nuevo submarino sueco Blekinge- class tiene el sistema Stirling AIP como su principal fuente de energía. La resistencia sumergida será más de 18 días a 5 nudos usando AIP.
Pilas de combustible [ editar ]
Siemens ha desarrollado una unidad de celda de combustible de 30-50 kilovatios , un dispositivo que convierte la energía química de un combustible en electricidad. Las pilas de combustible difieren de las baterías en que requieren una fuente continua de combustible (como hidrógeno) y oxígeno para mantener la reacción química, que se transporta en el recipiente en tanques presurizados. Nueve de estas unidades están incorporadas en el submarino U-31 de 1.830 toneladas de Howaldtswerke Deutsche Werft AG , buque líder para el Tipo 212A de la Armada alemana . Los otros barcos de esta clase y los submarinos de exportación equipados con AIP de HDW ( clase Dolphin , Tipo 209 mod yTipo 214 ) use dos módulos de 120 kW (160 hp), también de Siemens. [9]
Después del éxito de Howaldtswerke Deutsche Werft AG en sus actividades de exportación, varios constructores desarrollaron unidades auxiliares de celdas de combustible para submarinos, pero a partir de 2008 ningún otro astillero tiene un contrato para un submarino tan equipado.
El AIP implementado en la clase S-80 de la Armada española se basa en un procesador de bioetanol (proporcionado por Hynergreen de Abengoa , SA) que consta de una cámara de reacción y varios reactores Coprox intermedios, que transforman el BioEtOH en hidrógeno de alta pureza. La salida alimenta una serie de celdas de combustible de la compañía UTC Power (que también suministró celdas de combustible para el transbordador espacial ).
El reformador se alimenta con bioetanol como combustible y oxígeno (almacenado como líquido en un tanque criogénico de alta presión), generando hidrógeno como subproducto. El hidrógeno producido y más oxígeno se alimenta a las celdas de combustible . [10]
La Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa de la India ha desarrollado un sistema AIP basado en la célula de combustible de ácido fosfórico (PAFC) para alimentar los dos últimos submarinos de clase Kalvari que se basan en el diseño Scorpène . [11] [12]
Energía nuclear [ editar ]
La propulsión independiente del aire es un término normalmente utilizado en el contexto de mejorar el rendimiento de los submarinos propulsados convencionalmente. Sin embargo, como fuente de alimentación auxiliar, la energía nuclear cae dentro de la definición técnica de AIP. Por ejemplo, una propuesta de utilizar un pequeño reactor de 200 kilovatios para energía auxiliar, diseñado por AECL como una " batería nuclear ", podría mejorar la capacidad bajo el hielo de los submarinos canadienses. [13] [14]
Los reactores nucleares se han utilizado desde la década de 1950 para alimentar submarinos. El primer submarino de este tipo fue el USS Nautilus encargado en 1954. Hoy, China, Francia, India, Rusia , el Reino Unido y los Estados Unidos son los únicos países que han construido y operado con éxito submarinos de propulsión nuclear.
Submarinos no nucleares AIP [ editar ]
A partir de 2017, unas 10 naciones están construyendo submarinos AIP con casi 20 naciones operando submarinos basados en AIP:
| País | Tipo de AIP | Constructores | Submarinos con AIP | Operadores | Números con AIP y notas |
|---|---|---|---|---|---|
 Alemania | Pila de combustible | Siemens - ThyssenKrupp | Clase de delfines |  Israel | 5 activos / 1 en construcción [15] [16] |
| Tipo 209-1400mod |  Corea del Sur | 1 reacondicionamiento confirmado con AIP, [17] posiblemente hasta 9 reajustes adicionales de la clase Chang Bogo . [18] [19] [20] [21] | |||
| Tipo 212 | Alemania Italia Noruega (planeado)  | 10 activos / 8 más planificados [22] [23]
Noruega planea adquirir cuatro submarinos basados en el Tipo 212 para 2025. [24]
| |||
| Tipo 214 | Corea del Sur Grecia Portugal Turquía   | 13 activos / 2 en construcción / 8 más planificados [25] [26] | |||
| Tipo 218 |  Singapur | 2 en construcción / 2 más planificados, con la primera entrega prevista para 2020. [27] [28] [29] | |||
 Suecia | Stirling AIP | Kockums | Clase Gotland | Suecia | 3 activos [30] |
| Clase arquero | Singapur | 2 activos (actualización de la clase Västergötland ) [31] | |||
| Clase Södermanland | Suecia | 2 activos (actualización de la clase Västergötland ) | |||
| Blekinge- clase submarino | Suecia | 2 planeados | |||
 Japón | Stirling AIP | Kawasaki - Kockums | Clase Harushio | Japón | 1 modificación: Asashio. [32] |
| Clase Sōryū | Japón | 10 activos (de 11 completados) / 3 en construcción / 3 más planificados [33] | |||
 Francia | MESMA | Naval | Agosta 90B |  Pakistán | 3 en servicio |
| Scorpène |  Chile Malasia Brasil (planeado)  | 6 activos (de 7 completados) / 4 en construcción / 3 más planificados | |||
 España | Pila de combustible | Técnicas Reunidas | Clase S-80 | España | 4 en construcción / 4 planeados |
 India | Pila de combustible | DRDO | Clase Kalvari | India | Las 6 clases de Kalvari se adaptarán con AIP durante su primera actualización [34] |
 Rusia | Pila de combustible | Rubin Design Bureau NIISET Krylov | Proyecto 677 Лада (Lada) | Rusia | Estado rumoreado: no hay confirmación de que los sistemas estén operativos en ningún submarino ruso |
| Proyecto 1650 Амур (Amur) | Ninguna | ||||
 República Popular de China | Stirling AIP | Instituto de Investigación 711-CSHGC | Tipo 041 (clase Yuan) | República Popular de China | 15 completados y 5 en construcción |
| Tipo 032 (clase Qing) | República Popular de China | Submarino experimental |
El Artificio de Juanelo era el nombre de dos dispositivos construidos en Toledo en el siglo XVI por Juanelo Turriano . Fueron diseñados para abastecer a la ciudad con una fuente de agua fácilmente disponible levantándola del río Tajo ( Tajo ) al Alcázar . Ahora en ruinas, se desconocen los detalles precisos del funcionamiento de los dispositivos, pero en ese momento se consideraban maravillas de la ingeniería.
Historia [ editar ]
Juanelo Turriano, un relojero italiano-español, ingeniero y matemático , fue llamado a España en 1529 y nombrado Corte reloj maestro por el emperador romano santo , Charles V . Para 1534 trabajaba en Toledo, entonces la capital del imperio español. Tanto el acueducto romano que originalmente había suministrado agua a la ciudad como una rueda de agua gigante construida por los moros durante el tiempo del Califato de Córdoba habían sido destruidos y varios intentos de abastecer las demandas de la creciente ciudad mediante el uso de tecnologías de El tiempo había fallado. Cuando Turriano llegó a Toledo,se usaban asnos para transportar jarras de agua del río a la ciudad. Esto implicó una subida de aproximadamente 100 metros (330 pies) sobre terreno irregular y fue altamente ineficiente.
Algún tiempo después de su llegada a Toledo, Alfonso de Avalos , Marqués de Vasto , desafió a Turriano a proporcionar un método de transporte de agua desde el Tajo para abastecer la ciudad. Turriano produjo planes detallados para el dispositivo, pero varios paros y obstáculos obstaculizaron la construcción, entre los que se encontraba la muerte de Carlos V en 1558. Aunque su sucesor, Felipe II no estaba tan interesado en la ingeniería como su padre y el prestigio que Turriano tenía Disfrutó con Charles disminuido con su hijo, Philip sin embargo reconoció el valor de Turriano, lo nombró Matemático Mayory lo empleó en varios proyectos de ingeniería. Aunque parece que a veces la construcción del dispositivo de elevación de agua puede haber sido abandonada, en 1565 Turriano había logrado volver a ejercer su control sobre el proyecto y contrató con el ayuntamiento para proporcionar agua a la cantidad de 1.600 lanzadores diarios (que ascendió a alrededor de 12.400 litros (3.275 galones estadounidenses) a la ciudad de forma permanente en tres años.
Se desconoce la fecha exacta de inicio de operación, pero en 1568 la máquina entregaba alrededor de 14.100 litros (3.725 galones estadounidenses) al día, muy por encima de los niveles acordados. Sin embargo, la ciudad se negó a pagarle a Turriano el precio acordado, argumentando que, dado que el agua se almacenaba en el Alcázar, era para uso exclusivo del palacio real, en lugar de la ciudad. Frustrado por la negativa del consejo a pagar, y en deuda con los costos de la construcción del dispositivo, Turriano firmó otro acuerdo, suscrito por la Corona, para construir un segundo dispositivo para el suministro de la ciudad. Sin embargo, se acordó que esta vez él y sus herederos retendrían los derechos de la operación. Esta segunda versión se completó en 1581, y aunque la Corona pagó los costos de construcción, Turriano no pudo cubrir los costos de mantenimiento y se vio obligado a ceder el control de la máquina a la ciudad. Murió poco después en 1585.
Las máquinas continuaron funcionando hasta alrededor de 1639, cuando el robo de piezas y la falta de mantenimiento provocaron que ambas máquinas se deterioraran. La primera máquina fue desmontada y la segunda quedó en pie como símbolo de la ciudad, pero la operación cesó y el agua una vez más tuvo que ser transportada en jarras en la parte posterior de los asnos. Un mayor robo de piezas redujo la segunda máquina a ruinas, y hoy en día queda poco.
Operación [ editar ]
El dispositivo causó una gran sensación ya que la altura a la que se elevó el agua fue más del doble de lo que se había logrado anteriormente. Varias construcciones de ruedas hidráulicas habían manejado elevaciones modestas, pero antes de la construcción del Artificio, la elevación más alta había estado a menos de 40 metros (130 pies) en Augsburgo usando un tornillo Archimedean .
Los detalles de la construcción son objeto de debate, pero el diseño más aceptado es el propuesto por Ladislao Reti, basado en fragmentos de descripciones contemporáneas. Una gran rueda de agua accionaba un cinturón giratorio con cubos o ánfora que transportaba agua a la cima de una torre. Cuando los cubos llegaban a la parte superior de la torre, se volcaban vertiendo el agua en un pequeño tanque desde donde viajaría a una torre más pequeña a través de una tubería. Una segunda rueda de agua proporcionaba potencia mecánica.a bombas que conducían una serie de copas montadas en brazos dentro de la segunda torre. Los brazos de las tazas eran huecos con una abertura en el extremo que permitía que el agua corriera dentro del brazo y fuera del extremo opuesto. Un movimiento de sierra de los brazos elevó el agua a niveles sucesivos en las tazas. Una vez que se alcanzó el nivel final, el agua fluyó por una segunda tubería hacia una tercera torre que contenía más copas en los brazos y también fue activada por la potencia mecánica derivada de la segunda rueda de agua. Esta torre final elevó el agua lo suficientemente alto como para permitir que fluya hacia los tanques de almacenamiento en el Alcázar.
No hay comentarios:
Publicar un comentario